Elementaranalyse

Die Elementaranalyse ist ein Teilgebiet der analytischen Chemie und dient der quantitativen und qualitativen Bestimmung von organischen und anorganischen Verbindungen in festen oder flüssigen Stoffen. Besonderes Augenmerk wird auf die Bestimmung von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel (CHNOS-Analyse) gelegt. Die Kenntnis über den Gehalt dieser Elemente ist für zahlreiche Branchen und Industrien von großer Bedeutung.

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_{ELTRA bietet Elementaranalysatoren für unterschiedlichste Probenmaterialien.}

Applikationslabor

Technologien der Elementaranalyse

Für die Elementaranalyse gibt es verschiedene etablierte Methoden. Spektroskopische Messverfahren wie die optische Emissionsspektroskopie (ICP-OES), die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) oder die Funkenspektrometrie sind weit verbreitet und werden bevorzugt für die Analyse von metallischen Proben eingesetzt. Bei der thermogravimetrischen Analyse (TGA) wird die Massenänderung des Probenmaterials in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung über die Zeit gemessen, was Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des untersuchten Stoffes zulässt. Im Vergleich zu diesen Methoden bieten die so genannten Verbrennungsanalysatoren einen wesentlich größeren Bereich und können für die schnelle und zuverlässige Analyse einer Vielzahl von Probenarten eingesetzt werden.

Elementaranalyse mit modernen Verbrennungsanalysatoren

Die Verbrennungsanalyse ist im Grunde ein dreistufiger Prozess. Im ersten Schritt wird ein Sauerstoffstrom aufbereitet, um alle Verunreinigungen zu entfernen, die die Messergebnisse beeinträchtigen könnten. Im nächsten Schritt wird das zu analysierende Probenmaterial in einer Sauerstoffatmosphäre vollständig verbrannt. Dazu werden in der Regel Induktionsöfen oder Widerstandsöfen verwendet. Die bei der Verbrennung entstehenden Gaskomponenten werden in einem letzten Schritt aufbereitet und anschließend spektroskopisch analysiert. Für die Analyse werden häufig Nahinfrarotsensoren (NIR) oder Wärmeleitfähigkeitssensoren (TCD) verwendet.

Applikationen und Industrien der Elementaranalyse

Durch den vielseitigen Einsatz von Elementaranalysatoren gibt es unzählige Anwendungsmöglichkeiten in den unterschiedlichsten Branchen. Zum Beispiel werden Elementaranalysatoren in der Stahl- und Titanindustrie häufig zur Qualitätskontrolle eingesetzt.

Kohlenstoff ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil von Stahl, und sein Gehalt hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Materials. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Festigkeit und Härtbarkeit des Stahls zu, während andere Eigenschaften wie Duktilität und Schweißbarkeit abnehmen.

Wasserstoff kann einen erheblichen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften von Stahl, Titan oder auch Kupfer haben. Hochfeste Stähle mit einem hohen Martensitanteil sind besonders empfindlich gegenüber wasserstoffinduzierten Schäden. Im Falle von Titan kann sich der Wasserstoff in der Metallmatrix des Werkstoffs einlagern, was zur Bildung eines Metallhydrids führt, das ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften hat.

Materialübersicht

Industrien

Auch der Sauerstoffgehalt von Werkstoffen ist von großem Interesse. Bei Titan führt ein erhöhter Sauerstoffgehalt zu einem härteren, aber auch deutlich spröderen Materialgefüge. Ähnlich negativ wirkt sich ein steigender Sauerstoffgehalt auch auf andere Werkstoffe wie Eisen, Stahl oder Kupfer aus.

Neben der Bestimmung des Kohlenstoffs gehört die Analyse des Schwefelgehalts einer Probe heute zu den wichtigsten Aufgaben der Elementaranalyse. Bei organischen Proben wie Kohle aus dem Bergbau lässt der Schwefelgehalt Rückschlüsse auf die Qualität des Brennstoffs zu. Qualitativ hochwertiges Material hat im Allgemeinen einen höheren Heizwert und einen geringeren Schwefelgehalt. Von besonderem Interesse ist auch die Analyse des Schwefelgehalts verschiedener anorganischer Proben.

Für die Lebens- und Futtermittelindustrie ist der Nachweis des Stickstoffgehalts von besonderem Interesse. Anhand des Stickstoffanteils kann der Proteingehalt der untersuchten Probe bestimmt werden.

Eltra Produkte für Elementaranalyse

C-N Analysatoren

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Thermogravimetrische
Analysatoren

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Elementaranalyse - FAQ

1. Was ist Elementaranalyse?

Elementaranalyse ist eine Methode zur Untersuchung verschiedener Probenmaterialien auf ihre chemische Zusammensetzung. Besonderes Augenmerk wird auf den Nachweis von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel gelegt.

2. Wie wird Elementaranalyse durchgeführt?

Im Allgemeinen wird die zu untersuchende Probe in einer reinen Sauerstoffatmosphäre verbrannt. Das entstehende Gas wird dann häufig spektroskopisch auf seine Bestandteile untersucht.

3. Warum ist Elementaranalyse wichtig?

Die Kenntnis der genauen chemischen Zusammensetzung von Materialien ist für unzählige Applikationen von enormer Bedeutung. In der Stahl- und Baustoffindustrie zum Beispiel wird die Elementaranalyse für wichtige Qualitätskontrollen eingesetzt.

4. Was sind typische Applikationen der Elementaranalyse?

Neben der Stahl- und Baustoffindustrie wird Elementaranalyse auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt. In der Lebensmittelbranche wird diese Methode zum Beispiel zur Proteinbestimmung eingesetzt. Im Bergbau wird sie zur Bestimmung des Kohlenstoff- und Schwefelgehalts in der untersuchten Probe eingesetzt. Neben diesen Industriezweigen wird Elementaranalyse in vielen anderen Bereichen eingesetzt, etwa in der Automobilindustrie, der additiven Fertigung oder in der Umwelt- und Energieforschung.